知识资料土力学与地基基础(九)(新版)知识资料

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页需要课件请或(三)库仑土压力理论库仑土压力理论假设墙后填土是理想的散体(即C＝0),土体处于极限平衡状态时形成一滑动模体,滑动面为平面,按照模体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。库仑理论对墙后填土的坡度、墙背的倾斜度以及墙土之间的摩擦等因素不作限制。见图12-5-7所示。当墙向前移动时,墙后填土沿着墙背AB及滑动面BC向下滑动,达到主动极限平衡状态时,取滑动模体ABC作为脱离体建立平衡条件。模体重力W竖直向下;滑动面BC式中符号意义见图12-5-8所示EA的作用方向,从图12-5-8所示几何关系得到。令EA与水平面夹角η=δ+α,则作用在墙背上的主动土压力可分解成水平分力EAx和竖向分力EAy。EA作用点的位置在墙底以上处。EAx=EAcosηEAy=EAsinη(12-5-12)图12-5-9表示库仑被动土压力的概念,挡土墙推压填土达到被动极限平衡状态。滑动土契ABC向上滑动,此时土压力E和反力R的方向与主动情况相反。由此得到被动土压力Ep公式为:(12-5-13)式中Kp为被动土压系数;其余符号见图12~5-9所示。图12－5-9库仑被动土压力当墙背竖直且光洁,填土表面为水平(α＝0,δ=0,β＝0)时,则库仑公式与朗肯公式相同,所以朗肯土压力可视作库仑的一个特例。(四)异常情况下的土压力计算1.墙后填土表面有超载时,土压力计算总的原则是将超载看作增强了滑动体的分量来考虑。2.墙后填土成层的情况。墙后填土由几层不同种类的水平土层组成时,第一层仍按均质计算;计算第二层土压力时,可将第一层土分量γ1H1作为超载作用在第二层顶面,并按第二层土指标计算土压力。因此在土层分界面上会浮上两个土压力数值,其中一个是代表第一土层的底面;另一个代表第二土层的顶面。3.墙后填土中有地下水存在时,墙背上除受到土压力作用外,还受到水压力作用。理论上应分离计算出土压力和水压力两部分举行叠加。土压力计算主意与成层土情况相同;地下水位以下土层取有效重度举行计算,土的指标水下部分应取有效指标计算。水压力按静水压力计算。从库仑主动土压力公式(12-5-11)可知,主动土压力系数KA与Φ、α、β、δ等因素有关:(1)Φ越大,KA越小。所以要重视墙后填土的质量,夯填密实,可减少主动土压力;(2)填土与墙背的摩擦角δ与墙背粗糙度、填料性质、排水条件等因素有关。当墙背平滑或排水不良时,取δ=0~;当墙背粗糙和排水良好时,取δ＝；当墙背很粗糙和排水良好时,取δ＝。Φ越大,KA越小。(3)挡土墙倾斜情况对主动土压力有显然影响。可分成仰斜(一α)、竖直(α＝0)和俯斜(+α)三种。α越小,KA越小。所以仰斜形式常能取得较好效果。二、挡土墙设计挡土墙设计应按照地质条件、材料、施工等因素综合考虑。通常包括下列内容:(1)稳定性验算,包括抗倾覆和抗滑移稳定性;(2)地基承载力验算;(3)墙身强度验算。在上列内容中,地基的承载力验算与普通偏心荷载作用下基础的计算主意相同,即要求基底的最大压应力σmax＝1.2R(R为地基土容许承载力)。墙身强度验算应按照墙体材料分离按砖石结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构有关计算主意举行。挡土墙埋深较浅时,可不考虑被动土压力的影响,稳定性验算按图12-5-10所示力系举行。挡土墙基底的摩擦系数μ值表12-5-1基底土的类别|μ基底土的类别μ黏性土可塑状态硬塑状态坚硬状态0.250.25~0.30.3~0.4砂类土碎石类土软质岩石硬质岩石0．40．4～0．50．4～0．60．6～0．7抗倾覆安全系数Kq指对墙趾O点的抗倾力矩与倾覆力矩之比,应满意:(12-5-14)抗滑动安全系数Kh指阻滑力与滑动力之比应满意(12-5-15)式中h、α、b分离为Ex、Ez和W对墙趾O的力臂;W为挡土墙的自重;Ex、Ez为土压力在x,z方向的分量;μ为基底摩擦系数,应由实验决定,缺乏资料时可按表12-5-1取用。挡土墙设计还应重视墙后排水。因为雨水下渗,墙后积水可使填土重度增大,强度降低、地基土软化,造成挡土墙破坏。所以墙后填土应尽量选用透水性较强的土,如砂土、砾石、碎石等。不应采用淤泥、耕植土、膨胀性教土等作为填料。在墙身应布置适当数量的泄水孔。泄水孔入口处应用粗粒材料做滤水层以免淤塞,墙后地面应铺筑和土隔水层。例：某挡土墙墙背竖立、光洁,填土面及基底水平,H=4m,填土为无黏性土,内摩擦角Φ=30°,重度γ=18kN/m3挡土墙自重G=130kN/m,土对挡土墙基底的摩擦系数μ＝0.5,则该挡土墙抗滑移稳定安全系数为(B)。A. 0.16 B.1.解答：K抗滑＝＝1.355三、地基承载力理论地基承载力理论有两种分析主意:极限荷载和临塑临界荷载。极限荷载是指地基发生整体剪切破坏时的最小压力;临塑荷载和临界荷载是指地基中产生局部剪切破坏时的压力。因此后者不是一个固定值,而是与破坏区的大小相对应的。例如,当地基中正要产生塑性区时的荷载称为临塑荷载;倘若允许地基中产生四分之一基础宽度塑性区时的荷载,称为临界荷载。地基承载力的理论基础是土的强度极限平衡理论。(一)极限承载力1.基本概念埋置深度为D,宽度为B的条形基础,见图12-5-11(α)。假定基础底面无摩擦,可以设想基底下作用在A土体单元上的竖向为大主应力σlA,而横向为小主应力σ3A。作用在基底范围以外B单元上横向是大主应力σ1B;而竖向是小主应力σ3B。因此当荷载p增强,地基发生整体破坏时地基中形成二组滑动面在基础范围内aa‘为大主应力平面,因此滑面方向与aa‘面夹角为45°＋;在基础范围以外,ac面为小主应力平面,滑动面方向与ac面夹角为(45一)。见图12-5-11(b)所示。基础底面以下土体发生主动破坏,称为主动区;基底外土体发生被动破坏,称为被动区。滑动面由两个平面所组成。建立主动区与被动区界面ab面的平衡条件,见图12-5-11(c)所示。推导仅仅是在假定滑动面的形状和数学处理的主意上不同而已,没有本质上的差异。现将几个典型的公式作一概念上说明。(1)普朗特尔一雷斯诺公式普朗特尔一雷斯诺公式仍以极限平衡理论为根据,但不考虑滑动体土体的重力,并假定基底光洁无摩擦。滑动面的形状如图12-5-13所示。囫囵滑动面可分为三个区:基底以下为I区,称为朗肯主动区,滑动面与基底面夹角为(45o+);III区为朗金被动区,滑动面与基底面夹角(45-);I区与III区之间的II区称为过渡区,滑动面是由一组辐射线和一组对数螺线所组成。辐射线半径可根据对数螺线方程来决定,见图12-5-14所示。(2)太沙基公式太沙基在1943年提出计算条形基础极限荷载公式假定滑动面形状如图12-5-16所示。假定基底粗糙具有很大的摩擦力,因此AB面不会发生剪切位移,所以I区内土体不是处于朗肯主动状态,而是处于弹性压密状态,破坏时土模ABC与基底面一起移动。滑动面AC(或BC)与基底面成Φ角;II区过渡区,与普朗特尔假定相同;III区为朗肯被动区,滑动面与水平面夹角为(450－)图12－5－16太沙基公式的滑动面太沙基极限荷载公式形式与式(12-5-19)相同,其中系数NB、ND、Nc不同,详细数值见表12-5-2所示。太沙基公式承载力系数表表12-5-2Φ051015202530354045NB00.260.600.902.05.51122.762.5163ND1.01.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3Nc5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2(3)斯肯普顿公式斯肯普顿公式适用于饱和软土地基，即Φ＝0。当士的内摩擦角Φ＝0时,过渡区的对数螺线变化成圆弧,因此滑动面变成图12-5-17所示形状,得到埋置深度为零(D=O)时的极限荷载公式为:（即NB＝0，ND＝1，NC＝5.14）(12-5-20)埋置深度为D时,Pj=γD+5.14c(12-5-21)(4)圆筒形滑动面公式饱和软土，Φ＝0的情况,滑动面可以假定为圆筒形